KULTUR JARINGAN TANAMAN DAN METABOLITE SEKUNDER

Kultur jaringan tanaman ialah ilmu untuk menumbuhkan sel, jaringan, dan organ tanaman yang diisolasi dari pohon induknya di dalam medium buatan dalam kondisi aseptik (George, 2008). Faktor yang berpengaruh dalam kultur jaringan dan produksi metabolit sekunder, yaitu eksplan, jenis medium, komposisi mineral medium, sumber karbon, zat pengatur tumbuh, cahaya, pH, temperatur dan aerasi (George, 2008; Hahn et al., 2003; Yeoman dan Yeoman, 1996; Ahmadian et al., 2013; Preil, 2005; Bhojwani dan Razdan, 1996). Medium padat, semi padat dan medium cair merupakan medium yang sering digunakan dalam kultur jaringan, pemadat medium umumnya menggunakan agar (George, 2008). Medium padat umumnya digunakan dalam pemeliharaan jangka panjang pada kultur kalus, organ dan perbanyakan tanaman (George, 2008). Medium cair merupakan medium yang murah dalam sistem perbanyakan in vitro, karena tidak ditambahkan pemadat. Keuntungan medium cair ialah terjadi kontak langsung antara jaringan dengan medium sehingga dapat merangsang dan memfasilitasi penyerapan nutrisi dan fitohormon dengan optimal dan  mengurangi persaingan eksplan dalam mendapatkan nutrisi dari medium (Mehrotra et al., 2007; Metwali dan Al-Maghrabi, 2012). 

 Gb 1. Kultur jaringan tanaman dalam medium padat.

(Dok. Dannis)

Eksplan batang tanaman Sambung Nyawa (Gynura procumbens) yang telah tumbuh kalus dan akar adventif

Komposisi medium yang umum digunakan dalam kultur jaringan in vitro terdiri atas larutan garam mineral makro dan mikro serta penambahan vitamin, asam amino, dan sumber karbon (George dan de Klerk, 2008). Komposisi medium yang diformulasikan oleh Murashige dan Skoog (MS) pada tahun 1962 merupakan medium yang sering digunakan dalam kultur jaringan, selain itu medium MS diketahui cocok dan memberikan pertumbuhan yang baik bagi banyak tanaman (George dan de Klerk, 2008).

Sumber karbon umumnya didapatkan tanaman dari alam melalui proses fotosintesis. Tetapi, di dalam kultur jaringan digunakan sumber karbon yang berasal dari penambahan sukrosa untuk menggantikan karbon dari fotosintesis (Thorpe et al., 2008). Sukrosa diperlukan di dalam medium karena memilki peran sebagai komponen osmotic dan sumber bahan utama untuk aktivitas mertabolisme, misalnya digunakan dalam diferensiasi sel xylem dan floem tanaman (Bhojwani dan Razdan, 1996). Penggunaan sukrosa diketahui dapat digunakan dalam meningkatkan produksi metabolit sekunder dari tanaman secara in vitro, secara umum peningkatan konsentrasi sukrosa dapat meningkatkan hasil metabolit sekunder dari kultur tanaman (Yeoman dan Yeoman, 1996).

Zat pengatur tumbuh termasuk fitohormon dan zat sintetis yang bersifat sama dengan fitohormon merupakan nutrisi tambahan yang secara umum berhubungan atau mempengaruhi pertumbuhan, diferensiasi, dominansi, serta fisiologis jika ditambahkan pada konsentrasi yang rendah (Davies, 2004; Neumann et al., 2009). Auksin dan sitokinin merupakan zat pengatur tumbuh yang sering digunakan untuk mengatur pertumbuhan dan morfogenesis tanaman dalam kultur organ (Machakova et al., 2008). Manfaat lain dari penambahan zat pengatur tumbuh dapat digunakan dalam memanipulasi atau mempengaruhi produksi metabolit sekunder di dalam sel (Bhojwani dan Razdan, 1996).

 Gb 2. Pengaruh Zat pengatur tumbuh auksin pada Eksplan daun dan tangkai daun.(Dok. Dannis)

A. Eksplan daun Sambung nyawa tumbuh akar adventif setelah

   dikultur dalam medium padat selama 2 minggu 

B. Eksplan tangkai daun pegagan tumbuh akar adventif setelah

   dikultur dalam medium padat selama 2 minggu (dilihat di 

   bawah mikroskop stereo)

C. Eksplan daun Sambung nyawa tumbuh akar adventif setelah

   dikultur dalam medium padat selama 2 minggu (dilihat di 

   bawah mikroskop stereo)

Cahaya dapat mempengaruhi diferensiasi dan organogenesis dari kultur kalus, selain itu cahaya juga mempengaruhi penyerapan senyawa organik di dalam medium (Bhojwani dan Razdan, 1996). Cahaya juga memiliki peran penting dalam akumulasi antosianin dan senyawa golongan flavonoid. Mancinelli (1985) menyatakan bahwa cahaya dibutuhkan untuk biosintesis dan meningkatkan antosianin dalam jaringan tanaman. Sedangkan menurut Salisbury dan Ross (1992), proses pencahayaan juga berperan pada peningkatan senyawa golongan flavonoid pada tanaman, pencahayaan secara langsung dapat meningkatkan kadar flavonoid tanaman.

Perubahan komposisi nutrisi medium seperti sukrosa, garam mineral dan pemadat selama sterilisasi dengan autoklaf dapat menyebabkan perubahan pH (Bhojwani dan Razdan, 1996). Ukuran kekuatan dari ion hidrogen disebut pH, ion hidrogen yang besar menyebabkan suasana medium menjadi asam dan sebaliknya jika semakin kecil akan menjadi basa (Thorpe et al., 2008). Nilai pH akan mempengaruhi penyerapan mineral dari medium sehingga akan mempengaruhi sensitivitas dari eksplan yang dikultur (Thorpe et al., 2008; Yeoman dan Yeoman, 1996).

Sirkulasi gas yang sangat memadai penting dalam mempercepat perbanyakan tanaman dalam kultur jaringan (George, 2008). Oksigen terlarut sangat penting bagi kondisi kultur cair untuk menunjang pertumbuhan dalam kultur jaringan (Afreen, 2008). Permasalahan yang timbul jika tidak mennggunakan aerasi yaitu adanya Asphyxia (kekurangan oksigen) dalam penggunaan medium cair statis dan hiperhidrisitas (malformasi fiologis) akibat dari kekurangan oksigen, kadar air yang tinggi dalam jaringan daun dan batang  karena perendaman (Mehrotra et al., 2007; Puchooa et al., 1999; Berthouly dan Etienne, 2005).  

 Gb 3. Kultur organ akar adventif di dalam medium cair
(Dok. Dannis)

Gambar 3A merupakan eksplan akar sebelum dikultur

gambar 3B merupakan hasil kultur akar selama 3 minggu di 

dalam medium cair (di shaker secara kontinyu dalam kondisi 

gelap)

Kultur organ digunakan sebagai istilah yang umum untuk mempertahankan, memelihara dan menumbuhkan bagian tanaman yang teroganisir, seperti kultur meristem, kultur ujung tunas, kultur nodus, kultur akar, dan kultur embrio (George, 2008). Kultur sel dianggap kurang menguntungkan dibandingkan kultur organ karena produksi yang tidak stabil, produktifitasnya kurang, dan beberapa senyawa metabolit sekunder tidak disintesis pada sel yang belum terdiferensiasi (Baque et al., 2012^c). Pertumbuhan secara kontinyu dari kultur organ dimanfaatkan untuk tujuan komersial dalam memproduksi metabolit sekunder tanaman, kultur akar menjadi salah satu alternatifnya karena akar merupakan sumber dari berbagai macam bahan makanan dan bahan kimia yang berguna (Bhojwani dan Razdan, 1996). Keuntungan menggunakan teknik kultur jaringan dalam memproduksi senyawa metabolit sekunder, yaitu dapat dilakukan produksi secara berkelanjutan, tidak terkendala oleh musim, hasil produksi dapat diprediksi, dapat mengendalikan kondisi kultur, menghilangkan hambatan geografis (Karuppusamy, 2009).

 

DAFTAR PUSTAKA 

Afreen F., 2008. Temporary Immersion Bioreactor, in Gupta S. D. and Ibaraki, Yasuomi, ed, Plant Tissue

       Culture Engineering, Springer, Netherlands.

Ahmadian E., Lolaei A., Mobasheri S., and Bemana R., 2013. Investigation of Importance parameters of 

       Plant Tissue (review), International Journal of Agriculture and Crop Sciences 5(8):900-905.

Baque M.A., Moh S-H., Lee E-J., Zhong J-J., and Paek K-Y., 2012^c. Production of Biomass and Useful  

      Compounds from Adventitious Roots of High-Value Added Medicinal Plants Using Bioreactor,  

       Biotechnology Advances 30(6):1255–1267

Berthouly, M. and Etienne H., 2005. Temporary Immersion System:  A New Concept for Use Liquid

       Medium in Mass Propagation, in Hvoslef-Eide A.K and Preil W., Liquid Culture Systems For 

       In vitro Plant Propagation 165-280.

Bhojwani S.S. and Razdan M.K., 1996. Plant Tissue Culture: theory and practice, a Revised edition, 

       Elsevier Science B.V, Netherlands.

George E.F., 2008. Plant Tissue Culture Procedure – Background. In George E.F., Hall, M.A., and De Klerk, G-J., ed, Plant Propagation by Tissue Culture, 3rd Edition, vol 1 : 1-28. Springer, Netherlands.

George E.F. and de Klerk G-J., 2008. The Components of Plant Tissue Culture Media I : Macro- and Micro-Nutrients, In George E.F., Hall, M.A., and De Klerk, G-J., ed, Plant Propagation by Tissue Culture, 3rd Edition, vol 1 : 65-113. Springer, Netherlands.

Hahn E-J., Kim Y-S., Yu K-W., Jeong C-S., and Paek K-Y, 2003. Adventitious Root Culture of Panax ginseng c.v Meyer and Ginsenoide Production through Large-Scale Biorector System, Journal Plant Biotechnology 5(1):1-6.

Karuppusamy. S. 2009. A Riview on Trends in Production of Scondary Metabolites from Higher Plants by In Vitro Tissue, Organ and Cell Cultures. Journal of Medicinal Plants Research Vol. 3(13), pp. 1222-1239.

Machakova I., Zazimalova E. and George E.F., 2008. Plant Growth Regulators I: Introduction; Auxins, 

       their Analogues and Inhibitors, In George E.F., Hall M.A., and De Klerk G-J., ed, Plant Propagation

       by Tissue Culture, 3rd Edition, vol 1 : 175-204

Mancinelli A.L., 1985. Light-Dependent Anthocyanin Synthesis: A Model System For The Study Of Plant 

       Photomorphogenesis. The Botanical Review 51(1):107-157. 

Mehrotra S., Goel M.K., Kukreja  A.K., and Mishra B.N., 2007. Efficiency of Liquid Culture Systems Over Conventional Micropropagation: A Progress Towards Commercialization, African Journal of Biotechnology 6(13):1484-1492.

Metwali E.M.R. and Al-Maghrabi O.A., 2012. Effectiveness of Tissue Culture Media Components on the Growth and Development of Cauliflower (Brassica oleracea var. Botrytis) Seedling Explants in vitro, African Journal of Biotechnology 11(76): 14069-14076.

Neumann K-H., Kumar A., and Imani J., 2009. Plant Cell and Tissue Culture - A Tool in Biotechnology:
       Basics and Application, Springer-Verlag Berlin Heidelberg, Germany.
Preil W., 2005. General Introduction: A Personal Reflection on the Use of Liquid Media for in vitro Culture,
       in Hvoslef-Eide, A.K and Preil, Walter, Liquid Culture Systems For In vitro Plant Propagation

       1-16. 

Puchooa D., Purseramen P.N., and Rujbally B.R., 1999. Effects of Medium Support and Gelling Agent in The Tissue Culture of Tobacco (Nicotiana tabacum). Science and Technology - Research  Journal 3: 129-144. 

Thorpe T., Stasolla C., Yeung E.C., de Klerk G-J., Roberts A. and George E.F., 2008. The Components of Plant Tissue Culture Media II : Organik Additions, Osmotic and pH Effects, and Support Systems, In George E.F., Hall M.A., and de Klerk G-J., ed, Plant Propagation by Tissue Culture, 3rd Edition, vol 1 : 115-173. Springer, Netherlands.

Salisbury F.B. and Ross C.W., 1992. Plant Physiology 4^th edition, Wadsworth Pub. Co

Yeoman M.M. and Yeoman C.L., 1996. Manipulating Secondary Metabolism in Cultured  Plant  Cells. New Phytologist 134:553-569.